[发明专利]一种联合网络调度和路由的链路选择方法

说明书

技术领域

一种联合网络调度和路由的链路选择方法，属于无线通信网络领域。 

背景技术

无线网状网中的终端节点和路由器通过多跳方式接入主干网络，它是一种很有前途并且廉价的“最后一英里”无线宽带网络接入方案。相对于考虑节点移动性和能量约束的无线移动自组织Ad-Hoc网络，无线网状网则以提高网络吞吐量作为首要目标。近年来，国内外学者提出了多种技术来构建高吞吐性能的无线网状网，其中包括：调度算法设计、路由算法设计、多射频多信道技术和功率控制等。此外，跨层优化设计也是提高网络吞吐量的常用方法。 

跨层设计的主要思想是利用网络各层间的相关信息，进而对无线网络进行整体优化设计。它不是完全否定传统无线网络的层次模式，而是模糊了严格的各层之间的界限，协调融合分散在网络各个协议层的特性参数。理论上，所有协议层之间可以交互所需的信息，使协议栈能够全局地适应网络状况的变化以及特定应用所需的服务质量（Quality of Service, QoS），并根据系统的约束条件和网络特征来综合优化网络性能，实现对网络资源的最大限度发掘和提高无线网络的潜在性能。基于图论中的着色方法，M. Kodialam等人应用启发式算法来解决路由和调度的联合优化问题；H. Wei等人应用两阶段策略，首先通过路由选择算法确定到达目的节点干扰比较小的链路，然后根据链路激活时间进行调度从而实现联合优化的目标。Y. Li等人在Ad-hoc网络中提出了一种集中式的调度和路由算法，并且考虑了吞吐量增益和能量消耗的性能折中。A. Capone等人研究了在动态业务请求下基于多射频多信道的拓扑感知控制和QoS路由，同时提出了一种全新的信道间相互干扰的定义，仿真结果表明通过该文提出的算法调度可以有效的减少阻塞链路并大幅提高系统性能。然而，先前研究大都基于协议设计或复杂数学建模，这些方法具有计算复杂度较高的特性，因而在实际中难以进行应用。与以往方案不同，本发明提出一种简单易行的数据链路层和路由层跨层优化方案，同时考虑无线网状网特有的网络特性，包括吞吐量增益、负载均衡和QoS限制等约束条件。 

C. Mung指出跨层设计对网络性能提升并不是无限的，需要付出一定的网络开销。这是因为各协议层之间的信息交互与合并改变了原有协议栈的设计模式，并可能出现与现存的协议不兼容，从而造成维护及管理困难等问题。因此，跨层设计需要在跨层交互带来的性能提升和所带来的系统复杂性增加这两者之间进行均衡，不能盲目地使用跨层设计。本发明提出了一种简便易行的跨层优化方案设计，并且针对先前研究方案大都基于网络整体性能而忽视节点个体间网络性能的不足，对节点间的资源分配公平性通过基尼系数进行了评估，同时我们应用了多射频多信道方案，进而大幅度提高网络性能。 

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种复杂度较低的多射频多信道环境下调度和路由联合优化的设计方法，以达到优化网络吞吐量的同时保证节点间的公平性和网络负载均衡的目标。 

本发明的联合调度和路由的优化算法，包括以下步骤： 

步骤1、本发明考虑所有的链路均有数据包待传输（即网络处于满负荷状态），并分别定义链路集合。这些链路集合包括：数据链路层中被选中来传输数据的链路集合A，以及与这些链路存在干扰的链路集合B；路由层中被选中来传输数据的链路集合C，以及与这些链路存在干扰的链路集合D；经过判断可以同时进行传输的链路集合E，以及与这些链路存在干扰的链路集合F；已经被选过的链路集合G；无线网状网中存在的所有链路的集合L。

步骤2、首先依据调度判据式计算各条链路在数据链路层对应的判据值。选择判据计算值最小的链路，对其赋予数据链路层最高的优先级并将其放在集合A中。 

步骤3、如果这条链路经过计算得到的信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR）低于门限值，将这条链路从集合A中清除，返回步骤2。否则，进行步骤4。 

步骤4、依据路由判据式计算各条链路在网络层的判据值，选择判据计算值最小的链路，对其赋予网络层最高的优先级并将其放在集合C中。 

步骤5、如果这条链路经过计算的得到的SINR低于门限值，将这条链路从集合C中清除，返回步骤4。否则，进行步骤6。